JP6288739B2 - 投写型表示装置および投写型表示装置の投写方法 - Google Patents

Description

本発明は、投写型表示装置および投写型表示装置の投写方法に関する。

プロジェクタの光源としては、超高圧水銀ランプなどの放電ランプが広く用いられてきたが、近年では、放電ランプの代わりにＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）などの固体光源を用いたプロジェクタが注目されている。例えば、特許文献１には、直線偏光を出射する固体光源を用いたプロジェクタが開示されている。

固体光源は、放電ランプと比較して、耐久性が高く、光量が安定するまでの時間が短いという利点がある。さらに、固体光源は、紫外光を含まない光を出力することができるため、光が入射する各光学部品の劣化を抑制することが可能である。

また近年、偏光を投写するプロジェクタが提案されている。この種のプロジェクタは、例えば、立体画像をユーザに視認させる立体画像表示装置や特定のユーザにだけ特定の情報を視認させるセキュアディスプレイなどに用いられる。

立体画像表示装置は、視点が異なる２つの画像（右目用の画像および左目用の画像）を偏光状態がそれぞれ異なる光で交互にスクリーンに向けて投写する。そして、右目と左目とで異なる偏光状態の光を透過させる偏光メガネを装着したユーザが、スクリーンに投写された画像を見ると、ユーザの右目には右目用の画像光が入射し、ユーザの左目には左目用の画像光が入射する。これにより、ユーザは表示された画像を立体的に認識することができる。

また、セキュアディスプレイは、特定の情報を示す画像とその反転画像とを、それぞれ異なる偏光方向の光でスクリーンに投写する。そして、特定の偏光方向の光だけを透過させる偏光メガネを装着したユーザがスクリーンに投写された画像を見ると、特定の情報を視認することができる。このとき、偏光メガネを装着していないユーザは、特定の情報を示す画像とその反転画像とが重なった状態で見えるため、特定の情報を視認することができない。

特開２０１３−１８２２０７号公報

しかしながら、偏光を投写するプロジェクタの光源として、特許文献１に記載されたような偏光を出射する固体光源を適用した場合、投写画像の光量分布に偏りが生じてしまう場合があるという問題があった。具体的には、固体光源が出射した偏光は、プロジェクタ内の光学部品を透過するうちに散乱して偏光状態が乱れることがある。偏光状態が乱れた光から、特定の偏光状態の光を取り出すと、光束の断面を通過するエネルギーの分布に偏りが生じる。このような光を用いて画像を投写した場合、投写画像の光量分布に偏りが生じてしまう。

なお、固体光源を用いたプロジェクタの中には、例えば蛍光体とレーザー光源とを用いたハイブリッド型の光源を備えるものがある。このようなプロジェクタでは、例えばレーザー光により励起された蛍光体が黄色光を放射し、青色のレーザー光と合わせて白色光として出射される。この場合、蛍光は非偏光であり、レーザー光は偏光であるため、青色光のみに光量分布の偏りが生じて、投写画像の光量分布の偏りは色ムラとして認識される。

図１および図２は、色ムラが生じた状態の投写画像の一例を説明するための図である。投写画像の光量分布に偏りが生じた場合、例えば図１に示すように、投写画像の端部の光量が低下して暗くなってしまったり、図２に示すように、投写画像の端部の光量が上がって明るくなってしまったりする。

本発明の目的は、投写画像の光量分布の偏りを抑制することが可能な投写型表示装置および投写型表示装置の投写方法を提供することである。

本発明による投写型表示装置は、
発光素子を含む光源部と、
前記光源部からの光を変調して画像光として出射する画像光生成部と、
前記画像光を投写する投写部と、
前記画像光が入射され、特定の偏光状態の光として出射する偏光変調部と、
前記発光素子および前記偏光変調部の間の光路上に設けられる偏光解消部と、を有する。

また、本発明による投写型表示装置の投写方法は、
光源部からの光により生成された画像光の偏光を解消し、
偏光が解消された前記画像光を、特定の偏光状態の光として出射する。

本発明によれば、投写画像の光量分布の偏りを抑制することが可能である。

色ムラが生じている状態を説明するための図である。 色ムラが生じている状態を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態にかかるプロジェクタ１００の構成を説明するための図である。 図３の光源部１０の詳細な構成を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態にかかるプロジェクタ２００の構成を説明するための図である。 図５の光源部１１の詳細な構成を説明するための図である。 本発明の第３の実施形態にかかるプロジェクタ３００の構成を説明するための図である。 本発明の第４の実施形態にかかるプロジェクタ４００の構成を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、同一の機能を有する構成要素については同じ符号を付することにより重複説明を省略する場合がある。

（第１の実施形態）
図３は、本発明の第１の実施形態にかかるプロジェクタ１００の光学系の構成を説明するための図である。

プロジェクタ１００は、光源部１０と、照明光学系２０と、緑色用表示素子ＭＤ−Ｇと、投写部ＰＬ２１と、偏光変調部Ｐ３１とを有する。なお、簡単のため図３では省略されているが、プロジェクタ１００は、実際には、緑色用表示素子ＭＤ−Ｇの他に、赤色用表示素子ＭＤ−Ｒおよび青色用表示素子ＭＤ−Ｂを有する。以下、緑色用表示素子ＭＤ−Ｇ、赤色用表示素子ＭＤ−Ｒ、および青色用表示素子ＭＤ−Ｂのそれぞれを区別する必要がない場合には、緑色用表示素子ＭＤ−Ｇ、赤色用表示素子ＭＤ−Ｒ、および青色用表示素子ＭＤ−Ｂをまとめて表示素子ＭＤと称する。

図４は、光源部１０の詳細な構成を説明するための図である。

光源部１０は、偏光を出射する発光素子であるレーザー光源を含み、そのレーザー光源および蛍光体を用いたハイブリッド型の光源である。光源部１０は、蛍光体ＹＰと、蛍光体ＹＰを励起するための励起用発光素子ＬＤ−Ｅと、青色光源ＬＤ−Ｂとを含む。励起用発光素子ＬＤ−Ｅは、青色レーザーダイオードであり、青色レーザー光を励起光として出射する。蛍光体ＹＰは、励起用発光素子ＬＤ−Ｅが出射した励起光により励起されて黄色の蛍光である黄色光を放射する。また、青色光源ＬＤ−Ｂは、青色レーザーダイオードであり、光源部１０は、蛍光体ＹＰが出射した黄色光と、青色光源ＬＤ−Ｂが出射した青色光とを合わせた白色光を出射する。

具体的には、光源部１０は、マトリクス状に配置された複数の励起用発光素子ＬＤ−Ｅと、複数の励起用発光素子ＬＤ−Ｅのそれぞれと対応してマトリクス状に配置された複数のレンズＬ１と、レンズＬ２と、拡散板Ｄ１と、ライトトンネルＬＴ１とを有する。

また光源部１０は、レンズＬ３と、ダイクロイックミラーＤＭ１と、レンズＬ４と、レンズＬ５と、レンズＬ６と、蛍光体ＹＰと、レンズＬ７と、ダイクロイックミラーＤＭ２と、レンズＬ８とをさらに有する。

また光源部１０は、マトリクス状に配置された複数の青色光源ＬＤ−Ｂと、複数の青色光源ＬＤ−Ｂのそれぞれと対応してマトリクス状に配置された複数のレンズＬＤ１１と、レンズＬＤ１２と、ディフューザーＤ１１と、レンズ１３とをさらに有する。

各励起用発光素子ＬＤ−Ｅが出射した励起光は、レンズＬ１のそれぞれにより平行化されて、平行化された励起光がレンズＬ２に入射する。レンズＬ２に入射した励起光は、レンズＬ２によってライトトンネルＬＴ１の入射開口部に集光される。

レンズＬ２により集光された励起光は、ライトトンネルＬＴ１の入射開口部の手前で拡散板Ｄ１に入射し、拡散された後にライトトンネルＬＴ１に入射する。ライトトンネルＬＴ１に入射した光は、ライトトンネルＬＴ１内部の反射面で複数回反射する。これにより、ライトトンネルＬＴ１の出射開口部の付近で励起光の照度分布は均一化される。

ライトトンネルＬＴ１から出射した励起光は、レンズＬ３を透過してダイクロイックミラーＤＭ１に入射する。ダイクロイックミラーＤＭ１は、青色の光を反射させて黄色の光を透過させる。このため、ダイクロイックミラーＤＭ１に入射した励起光は、反射されてレンズＬ４に入射する。レンズＬ４に入射した励起光は、レンズＬ４、レンズＬ５、およびレンズＬ６を透過して蛍光体ＹＰを照明する。

蛍光体ＹＰは、励起光により励起されて黄色光を放射する。蛍光体ＹＰが放射した黄色光は、レンズＬ６、レンズＬ５、およびレンズＬ４を透過してダイクロイックミラーＤＭ１に入射する。ダイクロイックミラーＤＭ１に入射した黄色光は、ダイクロイックミラーＤＭ１を透過してレンズＬ７に入射する。レンズＬ７に入射した黄色光は、レンズＬ７を透過してダイクロイックミラーＤＭ２に入射する。ダイクロイックミラーＤＭ２は、黄色光を反射させて青色光を透過させる。このため、ダイクロイックミラーＤＭ２に入射した黄色光は、反射されてレンズＬ８に入射する。レンズＬ８に入射した黄色光は、レンズＬ８によってライトトンネルＬＴ２の入射開口部に集光される。

また、各青色光源ＬＤ−Ｂが出射した青色光は、レンズＬ１１のそれぞれにより平行化されて、平行化された青色光がレンズＬ１２に入射する。レンズＬ１２に入射した青色光は、レンズＬ１２によってディフューザーＤ１１付近に集光される。ディフューザーＤ１１に入射した青色光は、ディフューザーＤ１１によって拡散されて、拡散された青色光はレンズＬ１３に入射する。

レンズＬ１３に入射した青色光は、レンズＬ１３を透過してダイクロイックミラーＤＭ２に入射する。ダイクロイックミラーＤＭ２に入射した青色光は、ダイクロイックミラーＤＭ２を透過してレンズＬ８に入射する。レンズＬ８に入射した青色光は、レンズＬ８によってライトトンネルＬＴ２の入射開口部に集光される。したがって、ダイクロイックミラーＤＭ２は、蛍光体ＹＰが放射した黄色光と、青色光源ＬＤ−Ｂが出射した青色光とを同一光軸上に合成する合成部として機能する。

図３の説明に戻る。

照明光学系２０は、光源部１０からの光を各表示素子ＭＤに光線分布を均一に入射させるとともに、各表示素子ＭＤが出射した画像光を投写部ＰＬ２１に入射させる。照明光学系２０は、ライトトンネルＬＴ２と、レンズＬ２１と、偏光解消素子Ｄ３１と、レンズＬ２２と、ミラーＭ２１と、レンズＬ２３とを有する。また、照明光学系２０は、ＴＩＲ（Ｔｏｔａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）プリズムＴＰ２１と、カラープリズムＣＰ２１とをさらに有する。

ライトトンネルＬＴ２は、光源部１０からの光の照度を均一にする照度均一化部である。光源部１０からライトトンネルＬＴ２に入射した黄色光および青色光のそれぞれは、ライトトンネルＬＴ２内部の反射面で複数回反射する。これにより、ライトトンネルＬＴ２の出射開口部の付近で黄色光および青色光の照度分布は均一化される。ライトトンネルＬＴ２から出射した光は、黄色光と青色光とが合わせられた白色光となっている。

ライトトンネルＬＴ２から出射した白色光は、レンズＬ２１に入射する。レンズＬ２１に入射した白色光は、レンズＬ２１を透過して偏光解消素子Ｄ３１に入射する。

偏光解消素子Ｄ３１は、青色光源ＬＤ−Ｂおよび偏光変調部Ｐ３１の間の光路上に設けられ、入射した光を非偏光にする偏光解消部である。偏光解消素子Ｄ３１は、入射した光が、直線偏光、円偏光、または楕円偏光のように、特定の偏光方向を有する光や、偏光方向が周期的に変化する光ではなく、光の振動方向が揃っておらずランダムに変化する非偏光となるように、入射した光の偏光状態を変化させる。

偏光解消素子Ｄ３１は、光学異方性を有する部材を用いて偏光を解消する素子であってよい。偏光解消素子Ｄ３１は、光学異方性を有する部材として、例えばクサビ形の水晶板を用いることができる。例えば、クサビ形の２つの水晶板を、光学軸が４５度の角度をなすように貼りあわせることにより、入射した光の偏光状態を変化させて、振動方向がランダムに変化する光を作り出すことができる。

また、偏光解消素子Ｄ３１は、複数の偏光状態を作り出すことのできるものであれば上記に限られない。例えば、偏光解消素子Ｄ３１は、基板を透過する光の波長よりも短い周期で繰り返して配列された溝を有する周期構造体を複数有する素子であってもよい。この素子は、各周期構造体を構成する溝の配列方向が、周期構造体ごとに異なり、各周期構造体を構成する溝の深さは一定ではなく、各周期構造体は複数の深さの溝を含んでいる。偏光解消素子Ｄ３１に入射した白色光は、偏光解消素子Ｄ３１を透過すると、偏光が解消された非偏光となってレンズＬ２２に入射する。

レンズＬ２２に入射した白色光は、レンズＬ２２を透過してミラーＭ２１に入射する。ミラーＭ２１に入射した白色光は、ミラーＭ２１によって反射されてレンズＬ２３に入射する。レンズＬ２３に入射した白色光は、レンズＬ２３を透過してＴＩＲプリズムＴＰ２１に入射する。これにより、レンズＬ２１、レンズＬ２２、ミラーＭ２１、およびレンズＬ２３は、ライトトンネルＬＴ２が出射した光を均一化させてＴＩＲプリズムＴＰ２１を通って表示素子ＭＤに入射させるレンズ部２５として機能する。偏光解消素子Ｄ３１は、このレンズ部２５の光路上に設けられており、レンズ部２５によりビーム径が広がった光の偏光状態を変化させている。

ＴＩＲプリズムＴＰ２１は、２つの三角プリズムが空気層を介して組み合わされた形状をしており、三角プリズムと空気層との境界面が全反射面として機能する。したがって、臨界角以上の入射角で光が境界面に入射した場合、入射した光は全反射し、臨界角未満の入射角で光が境界面に入射した場合、入射した光は透過する。

ＴＩＲプリズムＴＰ２１は、レンズＬ２３を透過した光が臨界角以上の入射角でＴＩＲプリズムＴＰ２１に入射するように配置されているため、ＴＩＲプリズムＴＰ２１に入射した白色光は、ＴＩＲプリズムＴＰ２１内部の境界面で全反射してカラープリズムＣＰ２１に入射する。

カラープリズムＣＰ２１は、ＴＩＲプリズムＴＰ２１から入射した白色光を緑色光、赤色光、および青色光に分光する。カラープリズムＣＰ２１で分光された緑色光は、緑色用表示素子ＭＤ−Ｇに入射し、赤色光は赤色用表示素子ＭＤ−Ｒに入射し、青色光は青色用表示素子ＭＤ−Ｂに入射する。

表示素子ＭＤは、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）であり、複数のマイクロミラーと、マイクロミラーを駆動する駆動部とを含む。緑色用表示素子ＭＤ−Ｇ、赤色用表示素子ＭＤ−Ｒ、および青色用表示素子ＭＤ−Ｂのそれぞれは、光源部１０からの光を変調して緑色、赤色、および青色の画像光をそれぞれ生成する画像光生成部である。各表示素子ＭＤが出射した画像光のそれぞれは、カラープリズムＣＰ２１に入射する。カラープリズムＣＰ２１に入射した各色の画像光は、カラープリズムＣＰ２１によって合成されて、合成された画像光がＴＩＲプリズムＴＰ２１に入射する。ＴＩＲプリズムＴＰ２１に入射した画像光は、ＴＩＲプリズムＴＰ２１を透過して、投写部ＰＬ２１に入射する。

これにより、ＴＩＲプリズムＴＰ２１およびカラープリズムＣＰ２１は、ライトトンネルＬＴ２が出射した光を表示素子ＭＤに入射させるとともに、表示素子ＭＤが出射した画像光を投写部ＰＬ２１に入射させるプリズム部Ｐ２１として機能することになる。

投写部ＰＬ２１は、入射した画像光を投写するレンズ群である。投写部ＰＬ２１が投写した画像光は、偏光変調部Ｐ３１に入射する。

偏光変調部Ｐ３１は、画像光が入射され、特定の偏光状態の光として出射する偏光変調部である。偏光変調部Ｐ３１は、時分割でそれぞれ異なる偏光状態の光を画像光から取り出し、例えば偏光板および液晶により構成される。偏光変調部Ｐ３１は、例えば、時分割でそれぞれ異なる２つの偏光状態の光を交互に画像光から取り出す。偏光変調部Ｐ３１は、例えば、右円偏光および左円偏光の光を時分割で交互に画像光から取り出す。また、偏光変調部Ｐ３１は、異なる２つの偏光方向の直線偏光を時分割で交互に画像光から取り出してもよい。

また、偏光変調部Ｐ３１は、時分割でそれぞれ異なる３つ以上の偏光状態の光を画像光から取り出してもよい。この場合、偏光変調部Ｐ３１は、例えば右円偏光、左円偏光、直線偏光、および楕円偏光のうちのいずれかの偏光状態の光を時分割で順番に取り出すことができる。

また、偏光変調部Ｐ３１がプロジェクタ１００の光路上に設けられている場合には、画像光から特定の偏光状態の光が取り出されるため、偏光変調部Ｐ３１に入射した光の一部は、偏光変調部Ｐ３１を透過しないためスクリーンに投写されず、画像光の利用効率が低下して投写画像の輝度が低下する。このため、偏光変調部Ｐ３１は、着脱可能に設けられており、プロジェクタ１００が投写する光が偏光である必要がない場合には、偏光変調部Ｐ３１を取り外すことにより、画像光をそのまま出射することができる。

上記第１の実施形態では、一例として、偏光解消素子Ｄ３１が照明光学系２０に設けられた構成を説明した。図３の例では、偏光解消素子Ｄ３１は、照明光学系２０内のレンズ部２５内、より具体的には、レンズＬ２１とレンズＬ２２との間の光路上に設けられることとしたが、本発明はかかる例に限定されない。偏光解消素子Ｄ３１が、分割した複数の光束の光路差を利用して複数の光束間で位相差を生じさせて偏光を解消する場合には、光路差を大きくするために、偏光解消素子Ｄ３１は、光束のビーム径がより大きい箇所に設けることが望ましい。また、ライトトンネルＬＴ２の出射面は、表示素子ＭＤと共役であって、出射面付近にキズやゴミが存在すると、投写面上に結像してしまう。このため、偏光解消素子Ｄ３１は、共役面から離れた部分に設けられることが望ましい。

また、本実施形態では、プロジェクタ１００は、３板式のプロジェクタであって、プリズム部Ｐ２１は、光源部１０からの光を分光して各表示素子ＭＤに入射させるとともに、各表示素子ＭＤが出射した画像光を同一光軸上に合成して出射する。光源部１０からの光が分光された光の光路上に偏光解消素子Ｄ３１を設ける場合には、分光された光ごとに偏光解消素子Ｄ３１を設ける必要があるため、偏光解消素子Ｄ３１は、光源部１０からの光が分光される前、または画像光が合成された後の光路上に設けられることが望ましい。

また、本実施形態では、偏光変調部Ｐ３１は、着脱可能に設けられている。偏光解消素子Ｄ３１が着脱される場合、着脱の前後において、画像光の結像関係が変化しないことが望ましい。したがって、偏光解消素子Ｄ３１は、着脱可能に設けられる場合、照明光学系２０のうち、光源部１０からの光が表示素子ＭＤに入射するまでの光路上に設けられることが望ましい。

以上説明したように、本発明の第１の実施形態によれば、光源部１０からの光は、表示素子ＭＤにおいて変調されて画像光が生成される。青色光源ＬＤ−Ｂと偏光変調部Ｐ３１との間の光路上は、偏光解消部Ｄ３１が設けられており、偏光解消部Ｄ３１に入射した光の偏光が解消される。このため、光源部１０から出射される光が偏光であっても、偏光変調部Ｐ３１に入射する画像光は非偏光となり、画像光の偏光方向に偏りがないため、偏光変調部Ｐ３１を透過した光の光量分布に偏りが生じず、投写画像の光量分布の偏りを抑制することが可能になる。

また、本実施形態では、偏光解消素子Ｄ３１は、光学異方性を有するクサビ形の２つの水晶板により構成され、２つの水晶板は、光学軸が４５度の角度をなす状態で配置される。これにより、変更解消素子Ｄ３１に入射する光の偏光がどのような状態であっても、偏光を解消することができる。例えば、複数（例えば数十個）のＬＤを並べた光源を用いる場合に、各ＬＤの性能のばらつきや、設計等によって各ＬＤの偏光状態が異なる場合であっても、より確実に画像光の偏光を解消することができるため、投写画像の光量分布の偏りを抑制することが可能になる。

また、本実施形態では、偏光解消素子Ｄ３１は、光源部１０と表示素子ＭＤとの間の光路上に設けられる。これにより、偏光解消素子Ｄ３１が光路上に配置された場合と、偏光解消素子Ｄ３１が光路上から取り外された場合とで生じる結像特性の影響を抑制することができるため、必要に応じて偏光解消素子Ｄ３１の脱着が可能になり、プロジェクタ１００が投写する光が偏光である必要がない場合には、投写画像の輝度を向上させることができる。

また、本実施形態では、照明光学系２０が、ライトトンネルＬＴ２と、レンズＬ２１と、プリズム部Ｐ２１とを有する。ライトトンネルＬＴ２は、光源部１０からの光の照度を均一にし、プリズム部Ｐ２１は、ライトトンネルＬＴ２が出射した光を表示素子ＭＤに入射させるとともに、表示素子ＭＤが生成した画像光を投写部ＰＬ２１に入射させる。また、レンズＬ２１は、ライトトンネルＬＴ２とプリズム部Ｐ２１との間の光路上に設けられる。そして偏光解消素子Ｄ３１は、レンズＬ２１とプリズム部Ｐ２１との間の光路上に設けられ、レンズＬ２１を透過した光の偏光状態を変化させる。偏光解消素子Ｄ３１が光路上に配置された場合と、偏光解消素子Ｄ３１が光路上から取り外された場合とで結像特性に差が生じるが、偏光解消素子Ｄ３１が数ｍｍ程度であり照明光学系は冗長性があるため、必要に応じて偏光解消素子Ｄ３１の脱着が可能になる。また、光束のビーム径が広がった部分に偏光解消素子Ｄ３１が設けられるため、偏光解消素子Ｄ３１がこの光束を分割した複数の光束を反射させると、光束間でより大きな光路差が生じるためより大きな位相差が生じ、より確実に偏光が解消される。したがって、投写画像の光量分布の偏りをより確実に抑制することが可能になる。

また、本実施形態では、表示素子ＭＤは複数あり、プリズム部Ｐ２１が、光源部１０からの光を分光して各表示素子ＭＤに入射させるとともに、各表示素子ＭＤが出射した画像光を合成して投写部ＰＬ２１に入射させる。また偏光解消素子Ｄ３１は、発光素子ＬＤ−Ｂとプリズム部Ｐ２１との間の光路上、またはプリズム部Ｐ２１と偏光変調部Ｐ３１との間の光路上に設けられる。このため、光が分光されてそれぞれ画像光が生成される場合であっても、分光前または合成後の１つの光線となった箇所に偏光解消素子Ｄ３１が設けられ、偏光解消素子Ｄ３１を複数設ける必要がなくなり、プロジェクタ１００のコストを抑制することが可能になる。

また、本実施形態では、偏光解消素子Ｄ３１は、偏光解消素子Ｄ３１に入射した光が、当該光の進む方向に垂直な同一面内で、異なる複数の偏光状態を含む光となるように、入射した光の偏光状態を変化させる。これにより、偏光解消素子Ｄ３１を透過した光は、より確実に非偏光となる。したがって、投写画像の光量分布の偏りをより確実に抑制することが可能になる。

（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態にかかるプロジェクタ２００の光学系の構成を説明するための図である。

プロジェクタ１００においては、偏光解消素子が照明光学部内に設けられたが、本発明はかかる例に限定されない。プロジェクタ２００においては、偏光解消素子が光源部内に設けられる。以下、プロジェクタ１００との相違点について主に説明し、プロジェクタ１００と同様の構成については説明を省略する。

プロジェクタ２００は、光源部１１と、照明光学系２１と、表示素子ＭＤと、投写部ＰＬ２１と、偏光変調部Ｐ３１とを有する。

図６は、光源部１１の構成を説明するための図である。光源部１１は、プロジェクタ１００の光源部１０の構成に加えて、偏光解消素子Ｄ３２を有する。偏光解消素子Ｄ３２は、光源部１１内であって、青色光源ＬＤ−Ｂが出射した青色光の光路上に設けられ、例えば、レンズＬ１２とディフューザーＤ１１との間の光路上に設けられる。これにより、偏光解消素子Ｄ３２には、青色光源ＬＤ−Ｂが出射した偏光である青色光が入射し、偏光解消素子Ｄ３２に入射した青色光は、偏光状態が変化して非偏光になる。

図５の説明に戻る。照明光学系２１は、プロジェクタ１００の照明光学系２０から偏光解消素子Ｄ３１を省略した構成である。光源部１１が偏光解消素子Ｄ３２を有するため、照明光学系２１には、偏光が解消された非偏光の白色光が入射する。

以上説明したように、本発明の第２の実施形態によれば、偏光解消素子Ｄ３２が、光源部１１内であって、青色光源ＬＤ−Ｂが出射した偏光の光路上に設けられる。これにより、青色光源ＬＤ−Ｂが出射した偏光をより確実に非偏光にすることができるため、偏光変調部Ｐ３１を透過した光の光量分布に偏りが生じず、より確実に、画像光の光量分布の偏りを抑制することが可能になる。

（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施形態にかかるプロジェクタ３００の光学系の構成を説明するための図である。

プロジェクタ１００においては、偏光解消素子が照明光学系内に設けられ、プロジェクタ２００においては、偏光解消素子が光源部内に設けられたが、本発明はかかる例に限定されない。プロジェクタ３００においては、偏光解消素子が、画像光の投写される投写面（図示せず）と表示素子ＭＤとの間の光路上に設けられる。

プロジェクタ３００は、光源部１０と、照明光学系２１と、表示素子ＭＤと、投写部ＰＬ２１と、偏光解消素子Ｄ３３と、偏光変調部Ｐ３１とを有する。

光源部１０は、第１の実施形態で説明した光源部１０の構成と同様であり、照明光学系２１は、第２の実施形態で説明した照明光学系２１と同様であるため、ここでは説明を省略する。

偏光解消素子Ｄ３３は、投写面と表示素子ＭＤとの間の光路上に設けられ、例えば、投写部ＰＬ２１と偏光変調部Ｐ３１との間の光路上に設けられる。これにより、投写部ＰＬ２１が出射した画像光は、偏光解消素子Ｄ３３に入射する。偏光解消素子Ｄ３３は、入射した画像光の偏光状態を変化させて、非偏光にする。したがって、偏光変調部Ｐ３１には、非偏光の画像光が入射する。

以上説明したように、本発明の第３の実施形態によれば、偏光解消素子Ｄ３３が、光源部１０および偏光変調部Ｐ３１の間の光路上であって、表示素子ＭＤと偏光変調部Ｐ３１との間の光路上に設けられる。これにより、偏光解消素子Ｄ３３には、表示素子ＭＤが生成した画像光が入射して、非偏光となった画像光が偏光変調部Ｐ３１に入射することになる。したがって、偏光変調部Ｐ３１に入射する光をより確実に非偏光にすることができるため、偏光変調部Ｐ３１を透過した光の光量分布に偏りが生じず、より確実に、画像光の光量分布の偏りを抑制することが可能になる。

（第４の実施形態）
図８は、本発明の第４の実施形態にかかるプロジェクタ４００の光学系の構成を説明するための図である。

プロジェクタ４００は、単板式のプロジェクタであって、光源部ＬＳ６と、照明光学系６０と、表示素子ＭＤ６１と、投写部ＰＬ６１と、偏光変調部Ｐ７１とを有する。また、照明光学系６０は、ライトトンネルＬＴ６と、カラーホイールＣＷ６と、レンズＬ６１と、偏光解消素子Ｄ７１と、レンズＬ６２と、ミラーＭ６１と、レンズＬ６３と、ＴＩＲプリズムＴＰ６１とを有する。

光源部ＬＳ６は、偏光を出射する固体光源を含み、例えば、第１の実施形態において説明した図３の光源部１０と同様の構成であってよい。光源部ＬＳ６が出射した光は、ライトトンネルＬＴ６の入射開口部に集光されている。ライトトンネルＬＴ６に入射した光は、ライトトンネルＬＴ６の内部で複数回反射されて、ライトトンネルＬＴ６の出射開口部付近において、照度分布は均一化される。

カラーホイールＣＷ６は、透過する光の色がそれぞれ異なる複数の透過領域を含む円盤と、円盤を回転させるモータとを有する。モータによって円盤が回転すると、光源部ＬＳ６からの光が入射する円盤上の位置が変化していき、光が各透過領域に順番に入射する。これにより、カラーホイールＣＷ６を透過した光の色が時分割で変化することになる。カラーホイールＣＷ６から出射した光は、レンズＬ６１に入射する。レンズＬ６１に入射した光は、レンズＬ６１を透過して偏光解消素子Ｄ７１に入射する。

偏光解消素子Ｄ７１は、入射した光の偏光状態を変化させて非偏光にする偏光解消部である。偏光解消素子Ｄ７１は、例えば入射した光の進む方向に垂直な同一面内で、異なる複数の偏光状態を含み、この偏光状態がランダムとなるように、入射した光の偏光状態を変化させる。また例えば、偏光解消素子Ｄ７１は、光学異方性を有する部材を用いて偏光を解消する素子であってよい。偏光解消素子Ｄ７１に入射した光は、偏光解消素子Ｄ７１を透過すると、偏光が解消された非偏光となってレンズＬ６２に入射する。

レンズＬ６２に入射した光は、レンズＬ６２を透過してミラーＭ６１に入射する。ミラーＭ６１に入射した光は、ミラーＭ６１によって反射されてレンズＬ６３に入射する。レンズＬ６３に入射した光は、レンズＬ６３を透過してＴＩＲプリズムＴＰ６１に入射する。

ＴＩＲプリズムＴＰ６１は、２つの三角プリズムが空気層を介して組み合わされた形状をしており、三角プリズムと空気層との境界面が全反射面として機能する。したがって、臨界角以上の入射角で光が境界面に入射した場合、入射した光は全反射し、臨界角未満の入射角で光が境界面に入射した場合、入射した光は透過する。

ＴＩＲプリズムＴＰ６１は、レンズＬ６３を透過した光が臨界角以上の入射角でＴＩＲプリズムＴＰ６１に入射するように配置されているため、レンズＬ６３からＴＩＲプリズムＴＰ６１に入射した光は、ＴＩＲプリズムＴＰ６１内部の境界面で全反射して表示素子ＭＤ６１に入射する。

表示素子ＭＤ６１は、ＤＭＤであり、複数のマイクロミラーと、マイクロミラーを駆動する駆動部とを含む。表示素子ＭＤ６１は、入射した光を変調して画像光を生成する画像光生成部である。表示素子ＭＤ６１は、生成した画像光をＴＩＲプリズムＴＰ６１に向けて出射する。表示素子ＭＤ６１が出射した画像光は、ＴＩＲプリズムＴＰ６１に再び入射する。このとき、ＴＩＲプリズムＴＰ６１は、画像光の境界面への入射角が臨界角未満となるように配置されているため、画像光は境界面を透過して投写部ＰＬ６１に入射する。

投写部ＰＬ６１は、入射した画像光を投写するレンズ群である。投写部ＰＬ６１が投写した画像光は、偏光変調部Ｐ７１に入射する。

偏光変調部Ｐ７１は、偏光変調部Ｐ３１と同等の機能を有する。

なお、本実施形態では、偏光解消素子Ｄ７１は、レンズＬ６１とレンズＬ６２との間に設けられることとしたが、本発明はかかる例に限定されない。単板式のプロジェクタにおいても、偏光解消素子Ｄ７１は、プロジェクタ２００と同様に光源部の光路上に設けられてもよいし、プロジェクタ３００と同様に、画像光の投写される投写面（図示せず）と表示素子ＭＤとの間の光路上に設けられてもよい。

以上説明したように、本発明の第４の実施形態によれば、偏光を出射する光源部ＬＳ６からの光は、表示素子ＭＤにおいて変調されて画像光が生成される。光源部ＬＳ６と偏光変調部Ｐ７１との間の光路上には、偏光解消部Ｄ７１が設けられており、偏光解消部Ｄ７１に入射した光は非偏光となる。このため、偏光変調部Ｐ７１に入射する画像光は非偏光となり、画像光の偏光方向に偏りがない。したがって、偏光変調部Ｐ７１を透過した光の光量分布に偏りが生じず、単板式のプロジェクタにおいても、画像光の光量分布の偏りを抑制することが可能になる。

以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

例えば、上記実施形態では、光源部が蛍光体とレーザー光源とを用いたハイブリッド型であることとしたが、本発明はかかる例に限定されない。変形例として、例えば、光源部は、蛍光体を用いず、それぞれが各色のレーザー光を出射する複数の種類のレーザー光源を有するものであってもよい。

また、上記実施形態では、照度均一化部がライトトンネルＬＴ２であることとしたが、本発明はかかる例に限定されない。変形例として、ライトトンネルＬＴ２の代わりに、ロッドインテグレータが用いられてもよい。

また、上記の各実施形態の一部又は全部は、以下の付記のように記載することが可能であるが、以下には限定されない。

［付記１］
発光素子を含む光源部と、
前記光源部からの光を変調して画像光として出射する画像光生成部と、
前記画像光を投写する投写部と、
前記画像光が入射され、特定の偏光状態の光として出射する偏光変調部と、
前記発光素子および前記偏光変調部の間の光路上に設けられる偏光解消部と、を備える投写型表示装置。

［付記２］
付記１に記載の投写型表示装置において、
前記偏光解消部は、光学異方性を有するクサビ形の２つの水晶板により構成され、当該２つの水晶板は、光学軸が４５度の角度をなす状態で配置される、投写型表示装置。

［付記３］
付記１または２に記載の投写型表示装置において、
前記偏光解消部は、入射した光を非偏光にする、投写型表示装置。

［付記４］
付記１ないし３のいずれか１項に記載の投写型表示装置において、
前記偏光解消部は、前記光源部と前記画像光生成部との間の光路上に設けられる、投写型表示装置。

［付記５］
付記１ないし４のいずれか１項に記載の投写型表示装置において、
前記光源部からの光の照度を均一にする照度均一化部と、
前記照度均一化部が出射した光を前記画像光生成部に入射させるとともに、当該画像光生成部が出射した画像光を前記投写部に入射させるプリズム部と、
前記照度均一化部と前記プリズム部との間の光路上に設けられたレンズとを含む照明部をさらに備え、
前記偏光解消部は、前記レンズと前記プリズム部との間の光路上に設けられる、投写型表示装置。

［付記６］
付記１ないし３のいずれか１項に記載の投写型表示装置において、
前記光源部は、
励起用発光素子と、
前記励起用発光素子からの光によって蛍光を放射する蛍光体と、
前記蛍光体が放射した蛍光と、前記発光素子が出射した偏光とを合成する合成部と、を有し、
前記偏光解消部は、前記光源部内における、前記発光素子が出射した偏光の光路上に設けられる、投写型表示装置。

［付記７］
付記１ないし３のいずれか１項に記載の投写型表示装置において、
前記偏光解消部は、前記画像光生成部と前記偏光変調部との間の光路上に設けられる、投写型表示装置。

［付記８］
付記１ないし３のいずれか１項に記載の投写型表示装置において、
前記画像光生成部は、複数あり、
前記光源部からの光を分光して各画像光生成部に入射させると共に、各画像光生成部が出射した画像光を合成して前記投写部に入射させるプリズム部をさらに備え、
前記偏光解消部は、前記発光素子と前記プリズム部との間の光路上、または前記プリズム部と前記偏光変調部との間の光路上に設けられる、投写型表示装置。

［付記９］
付記１ないし８のいずれか１項に記載の投写型表示装置において、
前記偏光変調部は、前記画像光から右円偏光および左円偏光を時分割で交互に取り出す、投写型表示装置。

［付記１０］
付記１ないし８のいずれか１項に記載の投写型表示装置において、
前記偏光変調部は、前記画像光から偏光方向が異なる２つの直線偏光を時分割で交互に取り出す、投写型表示装置。

［付記１１］
付記１ないし８のいずれか１項に記載の投写型表示装置において、
前記偏光変調部は、前記画像光から右円偏光、左円偏光、直線偏光、および楕円偏光のいずれかの偏光状態の光を時分割で順番に取り出す、投写型表示装置。

［付記１２］
付記１ないし１１のいずれか１項に記載の投写型表示装置において、
前記偏光解消部は、当該偏光解消部に入射した光が、当該光の進む方向に垂直な同一面内で、異なる複数の偏光状態を含む光となるように、入射した光の偏光状態を変化させる、投写型表示装置。

［付記１３］
光源部からの光により生成された画像光の偏光を解消し、
偏光が解消された前記画像光を、特定の偏光状態の光として出射する、投写型表示装置の投写方法。

１００，２００，３００，４００ プロジェクタ
１０，１１ 光源部
２０，２１ 照明光学系
ＬＴ ライトトンネル（照度均一化部）
２５，６５ レンズ部
Ｌ２１ レンズ
Ｐ２１ プリズム部
ＭＤ 表示素子（画像光生成部）
ＰＬ２１，ＰＬ６１ 投写部
Ｐ３１，Ｐ７１ 偏光変調部
Ｄ３１，Ｄ３２，Ｄ３３，Ｄ７１ 偏光解消素子（偏光解消部）

Claims (8)

1. 発光素子を含む光源部と、
   前記光源部からの光を変調して画像光として出射する画像光生成部と、
   前記画像光を投写する投写部と、
   前記画像光が入射され、特定の偏光状態の光として出射する偏光変調部と、
   前記光源部からの光の照度を均一にする照度均一化部と、
   前記照度均一化部が出射した光を前記画像光生成部に入射させるとともに、当該画像光生成部が出射した画像光を前記投写部に入射させるプリズム部と、
   前記照度均一化部と前記プリズム部との間の光路上に設けられたレンズと、
   前記レンズおよび前記プリズム部の間の光路上に設けられる偏光解消部と、を備える投写型表示装置。
2. 発光素子を含む光源部と、
   前記光源部からの光の照度を均一にする照度均一化部と、
   前記照度均一化部からの光を変調して画像光として出射する画像光生成部と、
   前記画像光を投写する投写部と、
   前記画像光が入射され、特定の偏光状態の光として出射する偏光変調部と、
   前記照度均一化部および前記画像光生成部の間の光路上に設けられるレンズと、
   前記レンズおよび前記画像光生成部の間の光路上に設けられる偏光解消部と、を備える投写型表示装置。
3. 請求項１または２に記載の投写型表示装置において、
   前記偏光解消部および前記画像光生成部の間の光路上に設けられる他のレンズをさらに備える、投写型表示装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の投写型表示装置において、
   前記偏光解消部は、光学異方性を有するクサビ形の２つの水晶板により構成され、当該２つの水晶板は、光学軸が４５度の角度をなす状態で配置される、投写型表示装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の投写型表示装置において、
   前記偏光解消部は、入射した光を非偏光にする、投写型表示装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の投写型表示装置において、
   前記偏光変調部は、前記画像光から右円偏光および左円偏光を時分割で交互に取り出す、投写型表示装置。
7. 光源部と、該光源部からの光を変調して画像光として出射する画像光生成部と、前記画像光を投写する投写部と、を有し、前記画像光を特定の偏光状態の光として出射する、投写型表示装置の投写方法であって、
   前記光源部からの光の照度を均一にし、該照度を均一化した光を、レンズおよびプリズム部を介して前記画像光生成部に入射させるとともに、当該画像光生成部が出射した画像光を、前記プリズム部を介して前記投写部に入射させ、
   前記レンズおよび前記プリズム部の間で、前記光源部からの光の偏光を解消する、投写型表示装置の投写方法。
8. 光源部と、該光源部からの光を変調して画像光として出射する画像光生成部と、前記画像光を投写する投写部と、を有し、前記画像光を特定の偏光状態の光として出射する、投写型表示装置の投写方法であって、
   前記光源部からの光の照度を均一にし、該照度を均一化した光を、レンズを介して前記画像光生成部に入射させ、
   前記レンズおよび前記画像光生成部の間で、前記光源部からの光の偏光を解消する、投写型表示装置の投写方法。

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